1er épisode. Pollution à l’arsenic par une ancienne mine d’or

Par Gerbert :: 01/01/2000 à 0:00 :: Anciennes mines
Notre première publication sur les pollutions métalliques date de la fin de 1998 (voir références à la fin). Elle concernait un ancien site minier situé à une trentaine de kilomètres au sud de Limoges et fermé depuis 1944 (!) à la suite d’une action de la Résistance. Il s’agit du site de Chéni sur la commune de Saint-Yrieix-la- Perche en Haute Vienne.

La mine d'or de Chéni

Située dans le district aurifère de Saint-Yrieix cette mine a fourni au total 7 tonnes d’or entre les deux guerres. Dans les conditions standard, l’or s’exploite à des teneurs de l’ordre de 10 grammes par tonne de roche, c'est-à-dire que pour récupérer 10 grammes d’or, il faut remuer mille kilos de roche donc pour une tonne d’or, il faut abattre puis mettre en décharge cent mille tonnes de roches. S’il s’agissait seulement de roches, cela poserait peu de problème. Mais dans la nature l’or est toujours associé à l’arsenic ; pour un gramme d’or, un kilogramme d’arsenic. Donc pour une tonne d’or mille tonnes d’arsenic qui se retrouvent dans les déchets, c’est à dire dans les terrils (Figure 1).


 

 

Figure 1 : Vue générale, prise en 1999 du terril minier de Chéni (Haute Vienne). Le site sur lequel est implanté le terril contient environ 4000 tonnes d’arsenic sous diverses formes. On remarquera l’absence de végétation : les pentes sont trop fortes mais sur le sommet qui est plat, le milieu est trop toxique.


Le problème est le même dans de nombreuses mines d’or, d’uranium, de tungstène, d’antimoine, parfois de plomb etc. Il n’y a pas vraiment d’exception.

Jusqu’à un passé très récent (années 1980 en France), les terrils étaient abandonnés dans la nature sans autre forme de procès. Pourtant ces terrils et leur contenu sont dangereux pour de nombreuses raisons.


  • ils sont instables,
  • ils contiennent beaucoup de métaux potentiellement toxiques,
  • ils sont souvent situés à proximité des cours d’eau et plus ou moins connectés aux nappes phréatiques,
  • l’eau peut s’y infiltrer car le diamètre des matériaux est de quelques dizaines ou centaines de microns (1 micron = 0,001 mm) ; cette petite taille leur permet aussi d’être entraînés lorsque les précipitations sont abondantes (charge solide des cours d’eau),
  • l’action de l’eau de pluie sur ces matériaux entraîne une dissolution partielle des métaux potentiellement toxiques qui viennent augmenter la charge dissoute des cours d’eau.
 

On peut ajouter que ces terrils ne sont pas toujours très esthétiques et que leur « intégration paysagère » n’est pas optimale (photos dans un prochain épisode).

Nous avons donc commencé notre étude par des dizaines d’analyses d’eau : 13 points de prélèvement d’eau souterraine ou d’eau de ruissellement sur le site choisi et tout autour (puits, rivière) tous les 15 jours pendant un an. Ces résultats sont présentés sous forme simplifiée dans la figure 2 ci-dessous.


Figure 2 : Variations des concentrations en arsenic dissous dans les eaux présentes autour du site de Chéni (87). Le trait rouge représente les concentrations maximales autorisées dans l’eau potable ; le trait bleu représente les concentrations maximales autorisées (en 2000) dans les rejets miniers. Dans ce diagramme les données sont logarithmiques c’est à dire que lorsque l’on augmente d’une unité (2 à 3) on multiplie par 10 ; même chose pour l’autre axe.

 

Quelles conclusions tirer de ces analyses ?

  • Les concentrations en arsenic sur le site sont très importantes (énormes). Hors du site (dans la rivière, dans les puits)  elles sont importantes, parfois au delà de ce qui est toléré pour les rejets ;
  • les concentrations en arsenic sont très variables pour un même point de prélèvement : ces variations sont de 10 fois 100 fois ou plus entre les différents jours de l’année ;
  • dans les eaux souterraines, l’acidité est souvent très forte ;
  • les concentrations en arsenic dans l’eau ne varient pas en fonction de l’acidité ;
  • il y a aussi de l’arsenic dans les zones témoins par exemple dans les eaux souterraines et dans la rivière en aval du site (ronds blancs)
  • Certains jours, il y a dans la rivière plus d’arsenic en amont du site que d’autres jours en aval !
  • etc.

Conclusion plus générale

  • Le problème est plus compliqué qu’il n’y paraît ;
  • les concentrations en arsenic dans les eaux sont très élevées
  • elles proviennent des « stériles » de la mine mais elles ont peu d’impact sur la rivière.il y a une autre cause à la présence de l’arsenic dans la rivière et dans les nappes phréatiques.
  • du point de vue de la méthode, une analyse toute seule ne sert à rien (on peut tomber sur un point bas ou sur un point haut le jour de l’analyse). Il faut donc réaliser des centaines d’analyses (à 20 ou 30 € pièce) si l’on veut rendre compte correctement d’un phénomène.

Bibliographie

Pour poursuivre sur le sujet, quelques lectures d'articles scientifiques (en anglais, à chercher sur google scholar):
 
  • Roussel C., Bril H., Fernandez A. 1998 - Hydrogeochemical survey and mobility of As and heavy metals on the site of a former gold mine (Saint-Yrieix mining district, France). Hydrogeologie, n°1, p. 3-12.
  • Roussel C., Bril H., A. Fernandez 1999. Normative-like approach applied to investigations on mineralogical and chemical evolution in a former mine tailings (Haute-Vienne, France). C.R. Acad Sc. Paris, série II, 329, p.787 - 794.
  • Voir aussi un texte en français sur les anciennes mines du Massif central (pdf)


Lien vers le site du laboratoire : http://www.unilim.fr/laseh/ et http://www.unilim.fr/filiere-eau/site/index.html

Prochain épisode (vers le 15 avril) :

il y a arsenic et arsenic


2ème épisode: Il y a arsenic et arsenic...

Par Gerbert :: 01/01/2000 à 0:00 :: Anciennes mines

Sous quelle forme sont les polluants (métalliques)?

Il est des jours où il faut aborder des questions à priori un peu compliquées, mais on le fera à petites doses ...

Pour le dire vite, il n’est pas essentiel de connaître les quantités totales de polluants sauf pour dimensionner un risque ; par exemple, il y a mille tonnes de tel polluant à tel endroit.Pour le dire autrement si les décharges d'ordures étaient confinées (pas d'eau qui en sort, pas d'odeur, pas de vue ...) elles ne poseraient aucun problème d'environnement.

Il est nécessaire de savoir aussi sous quelle forme sont les polluants dans un sol, dans un sédiment ou dans l’eau et de savoir si ces formes sont stables (ce qui sera l’objet du prochain épisode). Il est important aussi de connaître l’état de l’environnement : y a-t-il des barrières naturelles ou artificielles entre la zone polluée et la chaîne alimentaire : cours d’eau, cultures…

Par exemple notre tas de stérile en photo dans le billet précédent (mars) contient 4000 tonnes d’arsenic. Cela fait peur mais ce n’est pas le plus important. La question qu’il faut se poser est « est-ce que ces 4000 tonnes peuvent rejoindre la chaîne alimentaire via l’eau ou les plantes et si oui, à quelle vitesse ? » ce qui nous amène vers deux concepts nouveaux:

  • la stabilité d’un porteur d'élément potentiellement toxique
  • la biodisponibilité de l'élément en question.

Jusqu'où un polluant peut-il aller ?

Si je plante du blé sur un site riche en arsenic (en plomb etc.) est-ce qu’il poussera, s’il pousse est-ce qu’il sera contaminé, si oui quelles sont les parties de la plante qui accumuleront le polluant (les racines, la tige ou les grains), ensuite est-ce que je pourrai manger le pain qui en est issu, combien pourrai-je en manger, au bout de combien de temps serai-je malade et ma voisine (ou mon voisin) qui mange exactement les mêmes quantités que moi sera-t-elle malade en même temps que moi ? Même raisonnement pour l’eau du puits voisin. Et dans le cas de polluants multiples y a-t-il des interactions entre eux ?

Les phases porteuses (la spéciation).

Dans la nature, les métaux sont rarement seuls : qui imaginerait que le fer dans l'eau ne rouille pas ? Or la rouille c’est du fer hydraté (Fe(OH)3). Dans la nature les métaux sont associés à d’autres éléments: si le plomb est lié au soufre, c'est la galène (PbS). Dans la nature les métaux sont présents sous forme de minéraux (cristaux naturels) ou sous forme amorphe (atomes disposés sans ordre).
Les minéraux sont réputés plus stables que les phases amorphes mais ce n’est pas toujours vrai. Leur stabilité dépend des conditions de l’environnement et de la force des liaisons entre atomes : en présence d’oxygène, les sulfures ont tendance à s’altérer (= à être détruits) et donc à relâcher les métaux (toxiques…) qu’ils renferment. Par ailleurs les minéraux qui portent les métaux ne sont jamais seuls : dans un gisement de cuivre il y a aussi des minéraux porteurs de zinc ou de plomb et comme nous l’avons vu, dans un gisement d’or il y a mille fois plus de minéraux porteurs d’arsenic que d'or.

Connaître la forme (solide ou liquide) sous laquelle se trouve un élément (c’est à dire s’il est lié à l’oxygène, au soufre ou à n’importe quelle autre molécule) est très important car ses propriétés diffèrent selon qu’il est associé à tel ou tel autre atome.De plus pour un même élément certaines formes sont plus toxiques que d'autres.
Par exemple lorsque l’arsenic est réduit c'est à dire développé dans un milieu où il y a peu d’oxygène et donc lorsqu'il est sous forme As3+, il est plus toxique que sous sa forme oxydée (As5+). Un traitement possible pour l’eau arseniée peut donc être de l’oxyder (pdf).
Toujours pour l’arsenic, lorsqu’il est associé à des molécules organiques, il est moins toxique que lorsqu’il est associé à des molécules non organiques. Pour l’étain par exemple, c’est le contraire.

La surface spécifique

Ce terme technique dissimule une réalité simple : lorsqu’on fait du café il faut le moudre pour que l’eau chaude qui le traverse se charge de l’arôme du café : l’eau chaude percole dans le café moulu. Il ne viendrait à l’idée de personne de verser l’eau directement sur les grains. Et sur du café moulu, cela marche mieux avec de l'eau chaude qu'avec de l'eau froide.
Dans la nature, le processus est identique. Pour récupérer les métaux dans un minerai brut, on le broie puis on fait passer la poudre dans des bains dont la composition et les autres caractéristiques sont calculées de manière à séparer le métal intéressant. Le résidu est mis en décharge ou ailleurs et il faut à tout prix éviter que les circulations d’eau n’y percolent. Dans les terrils, l’eau se charge en éléments polluants bien plus facilement que si le minerai n’était pas broyé.
Autrement dit, toutes choses égales par ailleurs, un terril avec de gros morceaux est moins sensible qu’un terril broyé. Un gisement non exploité ne contamine que très faiblement l’environnement (ou pas du tout si l’eau n’y infiltre pas) tandis qu’une mine déjà exploitée ou en exploitation permet à l’eau de circuler, de percoler facilement au travers de zones toxiques en entraînant avec elle les polluants.

Ceci nous explique pourquoi une mine exploitée (= où il y a moins de métaux toxiques) est plus polluante qu'une mine qui n'est pas encore exploitée : avant l'exploitation, l'eau ne pouvait pas percoler.

En conclusion pour aujourd’hui

La dangerosité d’un site contenant des métaux s’apprécie en prenant en compte

  • les quantités totales
  • les teneurs que l'on exprime en (milli)grammes par kilogramme (ou en pour cent)
  • la forme c’est à dire le voisinage de l’élément toxique considéré et sa stabilité
  • les conditions de l’environnement (par exemple plus ou moins acide, plus ou moins oxydé…)
  • l’exposition par exemple à l’eau.
En général, les normes ne prennent en compte que les teneurs.

Prochain épisode :

un phénomène géologique important : l’altération.

Pour poursuivre: une étude de cas (pdf) où l'on retrouve notre exemple